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研究團(tuán)隊利用能谷-贗自旋耦合原理，在絕緣層硅（SOI，silicon-on-insulator）上制備出能谷光子晶體平板。該拓?fù)涔鈱W(xué)結(jié)構(gòu)具有~40nm的特征尺寸，其光子模式（因工作于光錐以下）能夠較好地局域在平板內(nèi)，抑制了平板外損耗。他們制備了直線形、Z形和Ω形等三種拓?fù)涔鈱W(xué)通道，測量出高透平頂透射光譜帶，證實了近紅外波段下拓?fù)浔Ｗo(hù)的寬帶抗散射傳輸。采用硅微盤技術(shù)產(chǎn)生相位渦旋源，無需低溫和強(qiáng)磁等極端環(huán)境，實現(xiàn)了拓?fù)浣缑鎽B(tài)的選擇性激發(fā)，實現(xiàn)了亞微米量級耦合長度的寬帶光子路由行為，驗證了能谷-贗自旋耦合等拓?fù)涔鈱W(xué)原理。?在硅基平臺上證實拓?fù)涔庾訉W(xué)原理，是目前國際學(xué)術(shù)前沿的聚焦度較高的領(lǐng)域之一。研究團(tuán)隊過去在拓?fù)涔庾訉W(xué)原理方面的工作，多次引起國際同行關(guān)注，論文入選ESI高被引。該工作中，他們深入系統(tǒng)地發(fā)展出硅基拓?fù)涔鈱W(xué)等關(guān)鍵理論，攻克了數(shù)十納米加工工藝等關(guān)鍵技術(shù)，率先在硅基光子平臺與拓?fù)涔庾訉W(xué)之間建立了聯(lián)系，突破了單一自由度調(diào)控的傳統(tǒng)框架，提出了硅基中多自由度耦合的多維調(diào)控新機(jī)制，為微納光學(xué)與光子學(xué)、光二極管等關(guān)鍵光子芯片器件、混合集成光子學(xué)、高保真光量子信息光學(xué)、非線性光學(xué)等領(lǐng)域，提供了新方法和新思路。

圖像傳感器，是一種常用的光電探測器件，它能將光子信號轉(zhuǎn)換成電子信號，被廣泛地應(yīng)用在高性能光譜儀、數(shù)碼相機(jī)以及其他的電子光學(xué)設(shè)備中。普通的CCD、CMOS硅基探測器能獲得高量子效率的光譜響應(yīng)范圍在400~900nm波段，在紫外波段，由于多晶硅柵的吸收系數(shù)很大，這就意味著紫外光子在極端淺（小于2nm）的表層被吸收，導(dǎo)致其在波長小于400nm的紫外波段量子效率（QE）極低。紫外量子效率低的缺陷限制了前照式硅基探測器在航空業(yè)、工業(yè)以及制造業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，研制寬波段硅基探測器件使其響應(yīng)范圍延伸到紫外和深紫外波段是國內(nèi)外紫外探測領(lǐng)域的迫切需要。

寬禁帶半導(dǎo)體硅基GaN器件以其高效率，高開關(guān)速度高工作溫度抗輻時等特點,成為當(dāng)前國際功率半導(dǎo)體器件與技術(shù)學(xué)科的研究前沿及熱點，也是業(yè)界普遍認(rèn)可的性能卓越的下代功率半導(dǎo)體器件。而S基GaN因其S基特性.能夠突破新材料在發(fā)展初期的成本牦頸且易與S集成電路產(chǎn)業(yè)鏈匹配，因此兼具高性能與低成本的優(yōu)點在消費電子(如手機(jī)快沖與天線充電).數(shù)據(jù)中心與人工智能，無人駕駛與新能源汽車、5G通信等團(tuán)家戰(zhàn)略新興領(lǐng)城具有巨大的應(yīng)用前景。電子科技大學(xué)功率集成技術(shù)實驗室自2008年起即開展硅基GaN功率器件與集成技術(shù)研究,圍繞硅基GaN兩大核心器件:增強(qiáng)型功率晶體管、功率整流器進(jìn)行基礎(chǔ)研究與應(yīng)用技術(shù)開發(fā)。解決了增強(qiáng)型功率晶體管閾值電壓大范圍調(diào)控功率二圾管導(dǎo)通電壓調(diào)控與耐壓可靠性加查等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸,研究成果為硅基GaN的產(chǎn)業(yè)化奠定了重要基礎(chǔ)。

隨著微電子行業(yè)等微型化科技的快速發(fā)展，薄膜材料得到廣泛應(yīng)用。薄膜電池作為微型電源器件具有廣闊發(fā)展空間。薄膜材料對于硅基負(fù)極而言，其短程儲鋰深度和單向膨脹的優(yōu)勢能夠有效克服硅基材料的本征導(dǎo)電率低和體積膨脹大的問題。開發(fā)無需粘結(jié)劑的硅基負(fù)極薄膜材料對于薄膜負(fù)極發(fā)展意義深遠(yuǎn)。項目通過物理沉積方法，實現(xiàn)電極結(jié)構(gòu)設(shè)計與導(dǎo)電型材料復(fù)合，改善硅基材料低導(dǎo)電率問題，優(yōu)化硅基材料體積膨脹緩沖空間，從而完成無粘結(jié)劑硅基材料制備和倍率、循環(huán)等性能的提高。

1. 痛點問題 激光雷達(dá)在自動駕駛等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。基于調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)的激光雷達(dá)（FMCW Lidar）有著探測距離遠(yuǎn)、抗干擾和同時測速等優(yōu)勢，被認(rèn)為是最具應(yīng)用潛力的激光雷達(dá)。激光光源是FMCW激光雷達(dá)的核心器件之一，F(xiàn)MCW光源的調(diào)頻非線性會嚴(yán)重影響激光雷達(dá)的分辨率，導(dǎo)致有效工作距離縮短，阻礙激光雷達(dá)性能的提升。 2. 解決方案 本成果預(yù)期解決目前調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)（FMCW Lidar）中光源調(diào)頻非線性的問題。本成果提出一種基于硅基外腔芯片的窄線寬激光器，通過無源硅基外腔芯片反射波長中心頻率和反射相位的聯(lián)合調(diào)諧，可以實現(xiàn)高線性的激光輸出頻率調(diào)諧，其原理架構(gòu)與和實驗驗證結(jié)果如圖1所示。從而突破了傳統(tǒng)FMCW光源直接通過電流調(diào)制進(jìn)行調(diào)頻導(dǎo)致的非線性限制，直接產(chǎn)生高線性連續(xù)調(diào)頻光信號。 合作需求 1、需要融資1800~2000萬元，完成研發(fā)實驗室及一期生產(chǎn)線的建設(shè)，以及前期工程樣品的開發(fā)； 2、需要800平米左右萬級超凈廠房及配套辦公面積，希望有興趣的地區(qū)或者園區(qū)能夠提供優(yōu)惠的政策與支持； 3、歡迎FMCW激光雷達(dá)廠家及其它對FMCW光源有需求的客戶合作，聯(lián)合測試、共同開發(fā)； 4、歡迎在硅光設(shè)計、光有源、無源耦合及自動化生產(chǎn)等方面的技術(shù)、管理專家加盟，共同打造激光雷達(dá)的中國光芯，共創(chuàng)美好未來。

傳統(tǒng)的CCD、CMOS硅基成像器件都不能響應(yīng)紫外波段的光信號，這是因為紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很小（<2nm）。但是近年來隨著紫外探測技術(shù)的日趨發(fā)展，人們越來越需要對紫外波段進(jìn)行更深的探測分析與認(rèn)識。紫外探測技術(shù)是繼激光探測技術(shù)和紅外探測技術(shù)之后發(fā)展起來的又一軍民兩用光電探測技術(shù)。幾十年來，紫外探測技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于光譜分析、軍事、空間天文、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)用生物學(xué)等諸多領(lǐng)域，對現(xiàn)代科研、國防和人民生活都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。特別是在先進(jìn)光譜儀器方面，國內(nèi)急迫需要響應(yīng)波段拓展到紫外的硅基成像器件。硅基成像器件如CCD、CMOS是應(yīng)用最廣泛的光電探測器件。當(dāng)前最先進(jìn)的光譜儀器大都采用了CCD或CMOS作為探測器件，這是因為CCD、CMOS具有靈敏度強(qiáng)、噪聲低、成像質(zhì)量好等優(yōu)點。但由于紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很小（<2nm），CCD、CMOS等在紫外波段響應(yīng)都很弱。成像器件的這種紫外弱響應(yīng)限制了其在先進(jìn)光譜儀器及其他領(lǐng)域紫外波段探測的使用。 在技術(shù)發(fā)達(dá)國家,寬光譜響應(yīng)范圍、高分辨率、高靈敏度探測器CCD已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高檔光譜儀器中。上世紀(jì)中葉美國Varian公司開發(fā)的Varian700 ICP-AES所使用的寬光譜CCD檢測器分辨率達(dá)0.01nm,光波長在600nm和300nm時QE分別達(dá)到了84%和50%；美國熱電公司開發(fā)的CAP600 系列ICP所用探測器光譜響應(yīng)范圍更是達(dá)到165～1000nm，在200nm時的分辨率達(dá)到0.005nm.法國Johinyvon的全譜直讀ICP，其所用的CCD探測器像素分辨率達(dá)0.0035nm,紫外響應(yīng)拓展到120nm的遠(yuǎn)紫外波段。德國斯派克分析儀器公司的全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀一維色散和22個CCD檢測器設(shè)計，其光譜響應(yīng)范圍為120－800nm。德國耶拿JENA 連續(xù)光源原子吸收光譜儀contrAA采用高分辨率的中階梯光柵和紫外高靈敏度的一維CCD探測器，分辨率達(dá)0.002nm,光譜響應(yīng)范圍為189—900 nm。總而言之，發(fā)達(dá)國家在寬光譜響應(yīng)和高分辨率高靈敏度探測器件的研制領(lǐng)域已取得相當(dāng)?shù)某删汀Ｖ饕夹g(shù)指標(biāo)和創(chuàng)新點（1）  我們在國內(nèi)首次提出紫外增強(qiáng)的硅基成像器件，并在不改變傳統(tǒng)硅基成像探測器件的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用鍍膜的方法增強(qiáng)成像探測器件CCD、CMOS的紫外響應(yīng)，使其光譜響應(yīng)范圍拓寬到190—1100nm，實現(xiàn)對190nm以上紫外光的探測。（2）  提高成像探測器的紫外波段靈敏度，達(dá)到0.1V/lex.s。（3）  增強(qiáng)成像探測器件的紫外響應(yīng)的同時，盡量不削弱探測器件對可見波段的響應(yīng)。（4）  選用適合的無機(jī)材料，克服有機(jī)材料使用壽命短的缺陷。 紫外探測技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于光譜分析、軍事、空間天文、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)用生物學(xué)等諸多領(lǐng)域，對現(xiàn)代科研、國防和人民生活都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。特別是在先進(jìn)光譜儀器方面，國內(nèi)急迫需要響應(yīng)波段拓展到紫外的硅基成像器件，該設(shè)計與傳統(tǒng)CCD、CMOS結(jié)合，能滿足寬光譜光譜儀器所需的紫外響應(yīng)探測器的需要。能提高光譜儀器光譜響應(yīng)范圍，在科學(xué)實驗和物質(zhì)分析和檢測中具有很廣的市場前景。 該設(shè)計樣品能取代傳統(tǒng)CCD、CMOS，應(yīng)用于大型寬光譜光譜儀器上，作為光譜儀的探測器件。將傳統(tǒng)光譜儀器的光譜檢測范圍拓寬到190—1100nm. 實現(xiàn)紫外探測和紫外分析。具有較強(qiáng)的市場推廣應(yīng)用價值。

北京大學(xué)物理學(xué)院“極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊”王劍威研究員和龔旗煌院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組，與英國、丹麥、奧地利和澳大利亞的學(xué)者合作，實現(xiàn)了硅基集成光量子芯片上的多體量子糾纏和芯片-芯片間的量子隱形傳態(tài)功能，為芯片上光量子信息處理和計算模擬的應(yīng)用，奠定了堅實的基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在國際頂級物理期刊Nature Physics(https://www.nature.com/articles/s41567-019-0727-x)。 集成光量子芯片技術(shù)，結(jié)合了量子物理、量子信息和集成光子學(xué)等前沿學(xué)科，通過半導(dǎo)體微納加工制造高性能且大規(guī)模集成的光量子器件，實現(xiàn)對光量子信息的高效處理、計算和傳輸?shù)裙δ堋Ｆ渲校霉杌矫婀獠▽?dǎo)集成技術(shù)的光量子芯片具有諸多獨特優(yōu)勢，包括集成度高、穩(wěn)定性好、編程操控性優(yōu)越和可單片集成核心光量子器件等，因此被認(rèn)為是一種實現(xiàn)光量子信息應(yīng)用的重要手段之一。 A. 硅基量子隱形傳態(tài)和多光子量子糾纏芯片的示意圖，左上角為集成量子光源的電子顯微鏡圖；B. 量子隱形傳態(tài)的量子線路圖；C. 量子糾纏互換的量子線路圖；D. GHZ糾纏制備的量子線路圖 北京大學(xué)研究團(tuán)隊與布里斯托爾大學(xué)、丹麥科技大學(xué)、奧地利科學(xué)院、赫瑞-瓦特大學(xué)和西澳大利亞大學(xué)科研人員密切合作，在硅基光量子芯片技術(shù)和應(yīng)用方面取得了突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊發(fā)展了一種基于微環(huán)諧振腔的高性能集成量子光源，通過硅波導(dǎo)的強(qiáng)四波混頻非線性效應(yīng)，實現(xiàn)了光子全同性優(yōu)于90%、無需濾波后處理的50%觸發(fā)效率的單光子對源，達(dá)到了對4組微腔量子光源陣列的相干操控，片上雙光子量子糾纏源的保真度達(dá)到了92%。團(tuán)隊實現(xiàn)了關(guān)鍵的可編程片上雙比特量子糾纏門，可以按照功能需要切換貝爾投影測量和量子比特焊接操作，通過量子態(tài)層析實驗確認(rèn)了高保真的雙比特糾纏操作。 研究團(tuán)隊在單一硅芯片上實現(xiàn)了高性能量子糾纏光源、可編程雙比特量子糾纏門，以及可編程單量子比特測量的全功能集成，進(jìn)而實現(xiàn)了三種核心量子功能模塊——芯片上四光子真糾纏、量子糾纏互換、芯片-芯片間的高保真量子隱形傳態(tài)。通過對兩對糾纏光子對進(jìn)行量子比特焊接操作，團(tuán)隊實現(xiàn)并判定了四比特Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 真量子糾纏的存在；通過對兩對糾纏光子中各一個光子進(jìn)行貝爾投影操作，實現(xiàn)了量子糾纏互換功能，使來自不同光子源的光子間產(chǎn)生了量子糾纏；利用兩個芯片間的量子態(tài)傳輸和量子糾纏分布技術(shù)，實現(xiàn)了兩個芯片間任意單量子比特的量子隱形傳態(tài)，達(dá)到了近90%的隱形傳態(tài)保真度。 團(tuán)隊研制的硅基多光子量子芯片尺寸僅占幾平方毫米，比傳統(tǒng)實現(xiàn)方法小了約5-6個數(shù)量級，不僅達(dá)到了器件的微型化，同時具備了單片全功能集成、器件編程可控、系統(tǒng)性能優(yōu)越等特點，其中量子隱形傳態(tài)保真度優(yōu)于已報道的其它物理實現(xiàn)方法。多體量子糾纏體系的片上制備與量子調(diào)控技術(shù)，為片上量子物理基礎(chǔ)研究和片上光量子信息處理傳輸、量子計算模擬的應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。

 基于硅材料和CMOS工藝制備光電子器件及其集成技術(shù)，可實現(xiàn)低成本、批量化生產(chǎn)，并具有和微電子單片集成的潛力，是目前國際光電子前沿研究領(lǐng)域。該技術(shù)不僅可以用于片上光互連，也可為骨干網(wǎng)、光接入網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心提供高性能、低成本收發(fā)模塊。 在國家973計劃項目《超高速低功耗光子信息處理集成芯片與技術(shù)基礎(chǔ)研究》的支持下，針對硅基材料不具備線性電光效應(yīng)、而利用自由載流子等離子色散效應(yīng)實現(xiàn)電光調(diào)節(jié)效率低、功耗高等科學(xué)難題，提出了一系列解決思路和具有創(chuàng)新性的器件結(jié)構(gòu)，形成了硅基光電子集成器件設(shè)計方法和基于CMOS工藝的制備工藝流程，成功制備了一系列硅基光電子集成芯片。 該技術(shù)不僅為我國硅基光電子集成技術(shù)的發(fā)展和華為等知名電信設(shè)備企業(yè)新一代產(chǎn)品提供了有力的技術(shù)支撐，也引起了國際同行的密切關(guān)注。美國光學(xué)學(xué)會《Optics & Photonics News》曾出版專題報道“Integrated Photonics in China”，對本項目的部分工作進(jìn)行了介紹。2014年底，Nature Photonics將本項目首次在硅基上研制成功的大容量可編程光緩存芯片作為Research Highlight加以報道。高速低功耗16*16光交換芯片版圖大容量可編程光緩存芯片（左：芯片照片，中：封裝后的結(jié)構(gòu)，右：性能測試結(jié)果）為華為公司研制的400G可調(diào)光模塊。

本發(fā)明的硅基縫隙耦合式的間接式毫米波信號檢測器是由共面波導(dǎo)、縫隙耦合結(jié)構(gòu)、移相器、單刀雙擲開關(guān)、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功分器、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功合器以及間接式熱電式功率傳感器所構(gòu)成，整個結(jié)構(gòu)基于高阻Ｓｉ襯底制作，其上有四個縫隙耦合結(jié)構(gòu)，上方的兩個縫隙耦合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)信號的頻率測量，下方的兩個縫隙耦合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)信號的相位測量，在前后縫隙之間有一個移相器；Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功分器和Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功合器主要是由共面波導(dǎo)、非對稱共面帶線和電阻組成；間接式熱電式功率傳感器由共面波導(dǎo)、兩個電阻以及熱電堆所構(gòu)成，熱電

本發(fā)明的硅基縫隙耦合式的直接式毫米波信號檢測器是由共面波導(dǎo)、縫隙耦合結(jié)構(gòu)、移相器、單刀雙擲開關(guān)、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功分器、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功合器以及直接式熱電式功率傳感器所構(gòu)成，該結(jié)構(gòu)制作在高阻Ｓｉ襯底上，其上有四個縫隙耦合結(jié)構(gòu)，上方的兩個縫隙耦合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)信號的頻率測量，下方的兩個縫隙耦合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)信號的相位測量，在前后縫隙之間有個移相器；Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功分器和Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功合器主要是由共面波導(dǎo)、非對稱共面帶線和隔離電阻組成；直接式熱電式功率傳感器主要由共面波導(dǎo)、兩個熱電偶和隔直電容所構(gòu)成